JP2006004015A

JP2006004015A - バッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きｒｆｉｄ応答器

Info

Publication number: JP2006004015A
Application number: JP2004177520A
Authority: JP
Inventors: Akinari Sugiyama; 晃也杉山; Akira Shinoi; 侃篠井; Hiroichi Sugiyama; 博一杉山; Kazumi Yabusaki; 和美藪崎; Tomomi Akitani; 智巳秋谷; Akira Uchiyama; 明内山
Original assignee: TS PHOTON KK
Current assignee: TS PHOTON KK
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2006-01-05

Abstract

【課題】誘導起電力を効率的に発生させると共に他回路への電力供給を安定して行うことによりＣＰＵを内蔵してワンチップ化し又は外部接続可能としてインテリジェンス化させることができる、バッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器を得る。
【解決手段】相互インダクタンスが大きく取れる高効率なアンテナを使用し又は電力生成用のアンテナを別に設けてＲＦＩＤチップに接続する。また、該アンテナ及びＲＦＩＤ部内の同調回路により発生した誘導起電力を整流回路により直流に整流した後、大容量コンデンサに充電する。また、該ＲＦＩＤチップのＲＦＩＤ部に通信インターフェース部を設け、ＣＰＵを内蔵してワンチップ化し又はＣＰＵチップを外部接続可能する。更に、該ＣＰＵ又はＣＰＵチップに外部インターフェース部を設け、センサーを接続可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線により固有ＩＤ情報の読出しや書込みを行うことにより、物品の在庫管理やトレーサビリティー管理及び人の位置情報管理や動線管理等を行うことができるＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）応答器に関し、特に電磁誘導により発生した誘導起電力により動作させるバッテリーレスのＲＦＩＤ応答器にＣＰＵを内蔵してワンチップ化し又は外部接続可能とした、バッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器に関するものである。

なお、本発明において表現しているＣＰＵとは、ＣＰＵやＭＰＵ及びＡＳＩＣ等のプログラム制御可能なあらゆる論理回路を指すものであり、これらを搭載したチップをＣＰＵチップと称する。また、ＲＦＩＤ応答器とは、質問器であるリーダーからの問合せに応答してＩＤ信号等を返すトランスポンダーを指すものである。

近年、個体のＩＤ識別による自動認識は、多くのサービス業，製造業，流通業，販売業及び物流などの分野で広範囲に普及している。該ＩＤ識別の手段として、従来からバーコードが一般的であるが、情報の記憶容量が低いこと及び情報の書き換えができないという欠点を解決するため、非接触ＩＣカードやＲＦＩＤ応答器が注目され、普及しつつある。

上記非接触ＩＣカードやＲＦＩＤ応答器とリーダーのアンテナ間での伝送媒体方式として、主に電磁結合型，電磁誘導型，マイクロ波型があり、他に静電結合型や光交信型等がある。

電磁結合型は、セキュリティを重視した非接触ＩＣカードシステムにおいて主に使用され、非接触ＩＣカードのアンテナとリーダーのアンテナ間において相互誘導により発生した誘導起電力により非接触ＩＣカードを動作させて情報伝達を行うものであり、通信距離は数ｍｍ程度の近接型である。また、電磁誘導型は、基本的には電磁結合型と同様であり、リーダーのアンテナにより誘導電磁界を発生させＲＦＩＤ応答器のアンテナを当該誘導電磁界内に入れることにより誘導結合させ、該誘導結合により発生した誘導起電力によりＲＦＩＤ応答器を動作させて情報伝達を行うものであり、通信距離は５０ｃｍ〜１ｍ程度の近傍型である。キャリア周波数は、１３．５６ＭＨｚが代表的である。該方式は、現在のＲＦＩＤシステムにおいて主流となっている。また、マイクロ波型は、マイクロ波帯の電磁波によりＲＦＩＤ応答器のアンテナとリーダーのアンテナ間において情報伝達を行うものであり、通信距離はバッテリーレスタイプでは２ｍ程度、バッテリー内蔵タイプでは５ｍ程度の遠方型である。キャリア周波数は、９５０ＭＨｚや２．４５ＧＨｚが代表的である。
『ＩＣ応答器ってなんだ？』ＮＴＴデータ・ユビキタス研究会著、株式会社カットシステム発行

上記ＲＦＩＤ応答器の利用目的は、主に物品の在庫管理やトレーサビリティー管理及び人の位置情報管理や動線管理等であるため、ＲＦＩＤ応答器に内蔵のメモリ容量は書込み可能タイプのものでも数キロビットと少なかった。また、動作として、ＲＦＩＤ応答器に記憶された固有ＩＤ情報の読出しや書込みを行うことのみであるため、利用範囲が限定されていた。該問題点の原因として、電磁誘導型のＲＦＩＤ応答器の駆動電源が相互誘導により発生した誘導起電力のみであるため、電力の蓄積及び他回路への電力供給が行えず、ＲＦＩＤ応答器をインテリジェンス化させるＣＰＵを内蔵又は接続できないことにあった。

本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、近傍型及び遠方型のＲＦＩＤ応答器において、該ＲＦＩＤ応答器のアンテナより誘導起電力を効率的に発生させると共に、該誘導起電力を蓄積して他回路への電力供給を安定して行えるようにすることによりＣＰＵを内蔵してワンチップ化し又は外部接続可能とし、更にはセンサーも接続可能にしてＲＦＩＤ応答器をインテリジェンス化させることができる、バッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器においては、相互インダクタンスが大きく取れる高効率なアンテナを使用し又は電力生成用のアンテナを別に設ける。また、該アンテナ及びＲＦＩＤ部内の同調回路により発生した誘導起電力を整流回路により直流に整流した後、大容量コンデンサに充電する。また、該ＲＦＩＤ部に通信インターフェース部を設け、ＣＰＵを内蔵してワンチップ化し又はＣＰＵチップを外部接続可能する。更に、該ＣＰＵ又はＣＰＵチップに外部インターフェース部を設け、センサーを接続可能とする。

本発明のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器を使用すれば、高効率なアンテナ又は電力生成用のアンテナより発生した誘導起電力を大容量コンデンサに充電することができ、該大容量コンデンサに蓄積した電力を他回路への電源として安定供給することができるため、ＣＰＵを内蔵してワンチップ化し又は外部接続することが可能となる。更に、該ＣＰＵにセンサーを接続することにより、温度，圧力，光，加速度等のあらゆるエネルギー状態の検出ができると共にリーダーに該情報を伝送してデータ収集を行うことができるため応用範囲が広がり、ＲＦＩＤ応答器をインテリジェンス化させることができるという絶大なる効果を奏することができる。

本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。

図５は本発明のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器の第一・第二実施例における充電機能説明のための概略回路ブロック図であり、図６は図５における同調回路・整流回路・電源回路の実施回路例である。該図において、アンテナ４はＲＦＩＤチップ２のＲＦＩＤ部５内にある同調回路１５に接続される。該同調回路１５は図６に示す同調キャパシタ２４で基本構成され、前記アンテナ４と直列共振回路を構成する。ＲＦＩＤ応答器が電磁誘導型の場合、該アンテナ４は通常ループアンテナであり、該ループアンテナの導線に相互インダクタンスが大きく取れる高効率なアンテナ素材、例えばカーボンナノコイルを導線素材に使用するのが好ましい。

上記同調回路１５の後段には、リーダー２０のアンテナ２１から出力された誘導電磁界２２がＲＦＩＤ応答器側のアンテナ４を通過した時に発生する誘導起電力の電圧波形を検波して信号を取り出したり、該誘導起電力を半波又は全波整流して直流電圧を取り出すための整流回路１６を接続する。該整流回路１６は図６に示すダイオード２６及び平滑キャパシタ２７で基本構成される。該ダイオード２６は順方向電圧降下の低いショットキバリアダイオードが好ましいが、特に限定するものではない。

上記整流回路１６の後段には、上記信号受信時においてキャリアから信号を取り出す復調動作を行ったり信号送信時においてスイッチング素子２５により変調動作を行うための変復調回路１７と、上記直流電圧を安定化して変復調回路１７や後段のロジック回路１９及び通信インターフェース部６等に電源供給したり大容量コンデンサ９に充電電圧を供給するための電源回路１８を接続する。該電源回路１８において、大容量コンデンサ９の後段に安定化回路２８を接続し、ロジック回路１９やＣＰＵ等の駆動電源の安定化を図る。なお、大容量コンデンサ９は、現在は電気二重層コンデンサが好ましいが、特に限定するものではない。

また、上記変復調回路１７の後段には、該変復調回路１９や後段の通信インターフェース部６をシーケンシャル的に動作制御したり当該ＲＦＩＤ応答器の固有ＩＤ情報を記憶しておくためのロジック回路１９を接続する。また、該ロジック回路１９の後段には、ＣＰＵと信号伝送を行うための通信インターフェース部６を接続する。該ＣＰＵは当該ＲＦＩＤチップに内蔵してワンチップ化したり、ＣＰＵチップを外部接続する。

また、図７は本発明のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器の第三・第四実施例における充電機能説明のための概略回路ブロック図であり、図８は図７における同調回路・整流回路・電源回路の実施回路例である。該図において、アンテナ４はＲＦＩＤチップ２のＲＦＩＤ部５内にある同調回路１５に接続される。該同調回路１５は図８に示す同調キャパシタ２４で基本構成され、前記アンテナ４と直列共振回路を構成する。ＲＦＩＤ応答器が電磁誘導型の場合、該アンテナ４は通常ループアンテナであり、該ループアンテナの導線に相互インダクタンスが大きく取れる高効率なアンテナ素材、例えばカーボンナノコイルを導線素材に使用するのが好ましい。

上記同調回路１５の後段には、リーダー２０のアンテナ２１から出力された誘導電磁界２２がＲＦＩＤ応答器側のアンテナ４を通過した時に発生する誘導起電力の電圧波形を検波して信号を取り出したり、該誘導起電力を半波又は全波整流して直流電圧を取り出すための整流回路１６を接続する。該整流回路１６は図８に示すダイオード２６及び平滑キャパシタ２７で基本構成される。該ダイオード２６は順方向電圧降下の低いショットキバリアダイオードが好ましいが、特に限定するものではない。

上記整流回路１６の後段には、上記信号受信時においてキャリアから信号を取り出す復調動作を行ったり信号送信時においてスイッチング素子２５により変調動作を行うための変復調回路１７と、上記直流電圧を安定化して変復調回路１７や後段のロジック回路１９及び通信インターフェース部６等に電源供給するための電源回路１８を接続する。該電源回路１８において、平滑キャパシタ２７の後段に安定化回路２８を接続し、ロジック回路１９等の駆動電源の安定化を図る。

また、上記アンテナ４と同一平面状の内部又は外部に電力生成用のアンテナ２３を配設する。該アンテナ２３は上記と同様にＲＦＩＤチップ２のＲＦＩＤ部５内にある同調回路１５に接続され、同調キャパシタ２９で基本構成された同調回路と直列共振回路を構成する。

上記同調回路１５の後段には、リーダー２０のアンテナ２１から出力された誘導電磁界２２がＲＦＩＤ応答器側の電力生成用のアンテナ２３を通過した時に発生する誘導起電力を半波又は全波整流して直流電圧を取り出すための整流回路１６を接続する。該整流回路１６は図８に示すダイオード３０及び大容量コンデンサ９で基本構成される。該ダイオード３０は順方向電圧降下の低いショットキバリアダイオードが好ましいが、特に限定するものではない。

また、上記整流回路１６の後段には、電源回路１８を接続する。該電源回路１８において、大容量コンデンサ９の後段に安定化回路３１を接続し、ＣＰＵ等の駆動電源の安定化を図る。なお、大容量コンデンサ９は、現在は電気二重層コンデンサが好ましいが、特に限定するものではない。

本発明の実施例を図を用いて説明する。

図１は本発明のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器の第一実施例における概略回路ブロック図であり、ＣＰＵ内蔵ＲＦＩＤチップ１にＣＰＵ７を内蔵して構成したＲＦＩＤ応答器を表している。

該ＣＰＵ内蔵ＲＦＩＤチップ１は、図５で示した同調回路１５，整流回路１６，変復調回路１７，電源回路１８及びロジック回路１９等で構成されるＲＦＩＤ部５と、ＣＰＵ７と信号伝送を行うための通信インターフェース部６と、センサー１４からの入力信号を処理するための外部インターフェース部８と、前記通信インターフェース部６や外部インターフェース部８を制御するためのＣＰＵ７で構成する。また、ＣＰＵ内蔵ＲＦＩＤチップ１のアンテナ接続端子１０にアンテナ４を接続し、コンデンサ接続端子１１に大容量コンデンサ９を接続してＲＦＩＤ応答器を構成する。更には必要に応じてセンサー１４をセンサー接続端子１３に接続する。

上記ＣＰＵ７内にはメモリ部を含み、該ＣＰＵ７をソフト制御するためのプログラムと、センサー１４からの入力信号を処理して得られた計測データ又は入力データ等を蓄積することができる。なお、外部インターフェース８にアナログ出力のセンサー１４を接続した場合、温度，圧力，光，加速度等のあらゆるエネルギー状態の検出ができ、デジタル出力のセンサー１４を接続した場合、直接データを入力することができる。

図２は本発明のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器の第二実施例における概略回路ブロック図であり、ＲＦＩＤチップ２にＣＰＵチップ３を外部接続して構成したＲＦＩＤ応答器を表している。

該ＲＦＩＤチップ２は、図５で示した同調回路１５，整流回路１６，変復調回路１７，電源回路１８及びロジック回路１９等で構成されるＲＦＩＤ部５と、後段のＣＰＵチップ３のＣＰＵ７と信号伝送を行うための通信インターフェース部６で構成する。また、ＣＰＵチップ３は、センサー１４からの入力信号を処理するための外部インターフェース部８と、前記ＲＦＩＤチップ２の通信インターフェース部６や当該ＣＰＵチップ３の外部インターフェース部８を制御するためのＣＰＵ７で構成する。また、ＲＦＩＤチップ２のアンテナ接続端子１０にアンテナ４を接続し、コンデンサ接続端子１１に大容量コンデンサ９を接続し、更に当該ＲＦＩＤチップ２のＣＰＵ接続端子１２とＣＰＵチップ３のＣＰＵ接続端子１２ａを接続してＲＦＩＤ応答器を構成する。更には必要に応じてセンサー１４をＣＰＵチップ３のセンサー接続端子１３に接続する。

図３は本発明のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器の第三実施例における概略回路ブロック図であり、ＣＰＵ内蔵ＲＦＩＤチップ１にＣＰＵ７を内蔵すると共に電力生成用のアンテナ２３を別に設けて構成したＲＦＩＤ応答器を表している。

該ＣＰＵ内蔵ＲＦＩＤチップ１は、図７で示した同調回路１５，整流回路１６，変復調回路１７，電源回路１８及びロジック回路１９等で構成されるＲＦＩＤ部５と、ＣＰＵ７と信号伝送を行うための通信インターフェース部６と、センサー１４からの入力信号を処理するための外部インターフェース部８と、前記通信インターフェース部６や外部インターフェース部８を制御するためのＣＰＵ７で構成する。また、ＣＰＵ内蔵ＲＦＩＤチップ１のアンテナ接続端子１０にアンテナ４及びアンテナ接続端子１０ａに電力生成用のアンテナ２３を接続し、コンデンサ接続端子１１に大容量コンデンサ９を接続してＲＦＩＤ応答器を構成する。更には必要に応じてセンサー１４をセンサー接続端子１３に接続する。後は、第一実施例の説明で述べたものと同様であり、省略する。

図４は本発明のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器の第四実施例における概略回路ブロック図であり、ＲＦＩＤチップ２にＣＰＵチップ３を外部接続すると共に電力生成用のアンテナ２３を別に設けて構成したＲＦＩＤ応答器を表している。

該ＲＦＩＤチップ２は、図７で示した同調回路１５，整流回路１６，変復調回路１７，電源回路１８及びロジック回路１９等で構成されるＲＦＩＤ部５と、後段のＣＰＵチップ３のＣＰＵ７と信号伝送を行うための通信インターフェース部６で構成する。また、ＣＰＵチップ３は、センサー１４からの入力信号を処理するための外部インターフェース部８と、前記ＲＦＩＤチップ２の通信インターフェース部６や当該ＣＰＵチップ３の外部インターフェース部８を制御するためのＣＰＵ７で構成する。また、ＲＦＩＤチップ２のアンテナ接続端子１０にアンテナ４及びアンテナ接続端子１０ａに電力生成用のアンテナ２３を接続し、コンデンサ接続端子１１に大容量コンデンサ９を接続し、更に当該ＲＦＩＤチップ２のＣＰＵ接続端子１２とＣＰＵチップ３のＣＰＵ接続端子１２ａを接続してＲＦＩＤ応答器を構成する。更には必要に応じてセンサー１４をＣＰＵチップ３のセンサー接続端子１３に接続する。後は、第二実施例の説明で述べたものと同様であり、省略する。

なお、上記第一実施例から第四実施例で示したＣＰＵ７は、低電圧駆動型及び低消費電流型のものを採用することにより大容量コンデンサ９からの電力供給が長時間行えたり、又は大容量コンデンサ９の容量を少なくすることにより当該大容量コンデンサ９を小型にすることができる。また、ＲＦＩＤ応答器自体の動作制御もロジック回路１９によりシーケンシャル的に行うようにしたり、アンテナ４で受信したキャリアに同期したクロックを発生させ、該クロックをＣＰＵ用クロックとして使用すれば消費電力が減少するため、大容量コンデンサ９からの電力供給も更に延びることになる。

以上のようにしてＲＦＩＤ応答器を構成すれば、アンテナ４又は電力生成用のアンテナ２３より発生した誘導起電力を効率的に大容量コンデンサ９に充電することができ、該大容量コンデンサ９に蓄積した電力を他回路特にＣＰＵへの電源として安定供給することができるため、バッテリーを使用しなくてもＣＰＵ７を内蔵してワンチップ化し又は外部接続することができる。更には必要に応じてセンサー１４を接続することにより、温度，圧力，光，加速度等のあらゆるエネルギー状態の検出ができると共にリーダー２０に該情報を伝送してデータ収集を行うことができるため応用範囲が広がり、ＲＦＩＤ応答器をインテリジェンス化させることができる。

なお、上記第三実施例及び第四実施例で説明した電力生成用のアンテナ２３は、リーダー２０のアンテナ２１から出力された誘導電磁界２２を媒介して通信を行うためのアンテナ４と同一平面状の内部又は外部に配設されており、更に、該アンテナ２３及びアンテナ４は共に誘導電磁界２２のキャリア周波数に同調しているため、相互誘導によりアンテナ２３はアンテナ４のブースターアンテナとなる。このため、アンテナ４の相互インダクタンスが増大するため通信距離が延びることにもなる。

本発明のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器の第一実施例における概略回路ブロック図である。本発明のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器の第二実施例における概略回路ブロック図である。本発明のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器の第三実施例における概略回路ブロック図である。本発明のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器の第四実施例における概略回路ブロック図である。本発明のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器の第一・第二実施例における充電機能説明のための概略回路ブロック図である。図５における同調回路・整流回路・電源回路の実施回路例である。本発明のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器の第三・第四実施例における充電機能説明のための概略回路ブロック図である。図７における同調回路・整流回路・電源回路の実施回路例である。

符号の説明

１ＣＰＵ内蔵ＲＦＩＤチップ
２ＲＦＩＤチップ
３ＣＰＵチップ
４アンテナ
５ＲＦＩＤ部
６通信インターフェース部
７ＣＰＵＣＰＵ接続端子
８外部インターフェース部
９大容量コンデンサ
１０アンテナ接続端子
１１コンデンサ接続端子
１２ＣＰＵ接続端子
１３センサー接続端子
１４センサー
１５同調回路
１６整流回路
１７変復調回路
１８電源回路
１９ロジック回路
２０リーダー
２１アンテナ
２２誘導電磁界
２３アンテナ
２４同調キャパシタ
２５スイッチング素子
２６ダイオード
２７平滑キャパシタ
２８安定化回路
２９同調キャパシタ
３０ダイオード
３１安定化回路

Claims

アンテナ及びＲＦＩＤ部内の同調回路により発生した誘導起電力を整流回路により直流に整流した後、大容量コンデンサに充電して他回路特にＣＰＵ用電源として使用することを特徴とした、バッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器。
ＲＦＩＤ部に通信インターフェース部を設け、ＣＰＵを内蔵してワンチップ化し又はＣＰＵチップを外部接続可能とすることを特徴とした、請求項１に記載のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器。
ＣＰＵ又はＣＰＵチップに外部インターフェース部を設け、センサーを接続可能とすることを特徴とした、請求項１又は請求項２に記載のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器。
アンテナで受信したキャリアに同期したクロックを発生させ、該クロックをＣＰＵ用クロックとすることを特徴とした、請求項１から請求項３の何れかに記載のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器。
アンテナ素材がカーボンナノコイルであることを特徴とした、請求項１から請求項４の何れかに記載のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器。
リーダーと通信を行うためのアンテナと同一平面状の内部又は外部に電力生成用のアンテナを配設することにより、ＣＰＵ用電源を単独に生成できると共に相互インダクタンスを増大させ、近傍型及び遠方型のＲＦＩＤ応答器の通信距離を更に延ばすことができることを特徴とした、請求項１から請求項５の何れかに記載のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器。
ＣＰＵが、ＣＰＵを始めＭＰＵ及びＡＳＩＣ等のプログラム制御可能な全ての論理回路であることを特徴とする、請求項１から請求項６の何れかに記載のバッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きＲＦＩＤ応答器。